神舟七号载人飞船的亮点除了航天员出舱外，还有一项重要的任务就是进行在轨试验。神舟七号飞船发射同时释放了一颗伴星，利用这颗伴星对飞船进行照相和视频观测。此次伴星试验任务的成功，标志着我国成为了世界上第三个掌握空间释放和绕飞技术的国家。此外，神舟七号载人飞船还进行了固体润滑材料的在轨试验，将中科院提供的固体润滑材料在外太空暴露后，由航天员在出舱行走时进行回收。
    一、伴随卫星试验
    伴随卫星是伴随在另一航天器附近作周期性相对运动的卫星。伴随卫星大都具备一定的轨道机动能力，它往往以空间站、航天飞机、载人飞船或大卫星等大型航天器作为任务中心或服务对象（简称主星），与主星按照一定的空间相对构型共同在轨飞行。
    伴星技术是国际上航天领域的一项重要应用技术，国外已有多个相关的研究和发展计划，如德国的Inspector计划、AERCam微纳卫星、美国的XSS飞行器、Livermore微小卫星等。1997年首先实现了Inspector卫星由奋进号飞船发射，并实现绕飞。目前已有多颗类似的伴随航天器发射上天。
    神舟七号载人飞船是我国首次开展航天器平台在轨释放伴星，以及伴星的伴随飞行试验，其任务目标是：试验和验证伴星在轨释放技术；伴星释放后，对飞船进行照相和视频观测；在返回舱返回后，由地面测控系统控制，择机进行对轨道舱形成伴随飞行轨道的试验，为载人航天工程后续任务中拓展空间应用领域奠定技术基础。
    神舟七号载人飞船的伴星是在继承中科院“创新一号”小卫星成熟技术的基础上研制的我国第一颗空间伴随微小卫星。该伴星采用了多项创新设计，突破多项关键技术，许多技术在国内属首次使用。伴星采用了两舱结构一体化设计，采用了轻型镁合金材料作为主结构框架，承力板同时用作星内单机的安装板，提高了卫星的功能密度，使整星质量不超过40kg，同时具有光学成像、大容量压缩存储、机动变轨、伴随飞行、自主导航、多模式指向、测控数传等多种功能。
    神舟七号载人飞船伴星的功能决定了这颗卫星研制的要求高、难度大。负责该卫星研制的中科院上海卫星工程中心经过一系列的技术攻关，已经实现了多项技术突破：
    （1）彩色视频和高效信息存储。神舟七号载人飞船伴星上装有一台双镜头可见光照相机，可以灵活利用两个不同焦距的镜头分别在几米到几公里的大范围内对飞船进行高分辨率彩色照相观测或高帧频视频观测。星上JPEG2000图像压缩算法极大提高了数据存储的效率。星上大容量存储器最多可以存储3000多张图片。
    （2）高效电源模块。主要采用的国产三结GaInP2/GaAs/Ge高效太阳电池阵，其光电转换效率高于26.5％，接近国外先进水平；伴星在国内首次采用了大容量锂离子电池作为在轨航天器电源，并通过对电源控制器的优化设计，实现对锂离子电池组的安全控制和智能保护，保证伴星在轨电源供给。
    （3）多任务指向模式的微型化姿控模块。神舟七号载人飞船的伴星具有GPS自主定轨能力和三轴稳定姿态控制能力，除了常规对地姿态定向外，还具备对飞船定向、变轨姿态机动和指向、对伴飞目标定向等多种指向功能。构成姿态控制模块的太阳敏感器、磁强计、陀螺和动量轮、磁力矩器等均采用了微型化设计，其中三个面的太阳敏感器总重不超过100克，    三轴微型磁强计采用探头与电路一体化设计。
    （4）微型液化气推进。伴星装有一套微型液化气推进系统，实现轨道机动、空间目标接近、轨道绕飞形成和保持。该系统具有体积小，重量轻，功耗低等优点。通过天地大回路控制，开展对非合作目标的接近及近距离高精度绕飞，此项技术对我国未来的空间交会对接和轨道安全性技术均具有重要应用价值。
    （5）小型化测控与数传。神舟七号载人飞船的伴星采用统一S波段（USB）测控体制。安装USB测控应答机，实现国内测控网对在轨伴星的统一测控管理；还安装有一台高速数传机，数传速率可以达到768 kbps，可将相机在轨拍摄的图像数据快速下传至地面。
    二、固体润滑材料的在轨试验
    神舟七号载人飞船入轨后开始进行固体润滑材料试验。固体润滑材料试验装置是一件可以可靠锁紧和便利解锁的锁紧机构，在发射阶段将安装有试验样品的样品台可靠地固定在舱外，飞船飞至第29～30圈航天员出舱活动，在出舱活动期间由航天员便利地解锁并回收样品台。
    其操作流程是：航天员在舱外打开试验装置的紧固机构→取回样品台→传递给舱内航天员→舱内航天员将样品台放入样品回收袋；航天员进入返回舱后将样品台及样品回收袋在返回舱内指定位置上固定→返回舱返回后，在飞船总装厂移交试验样品。
    为了保障固体润滑材料试验的成功，中科院光电研究院和兰州化物所进行了一系列技术攻关，取得了三项关键性技术突破：
    （1）安全性保障。安全是载人航天飞行任务的核心，首先是产品本身不能有任何影响箭、船、人的环节；同时每一项可能出现的故障都不能影响安全性；此外作为科学试验样品的载体，还要保证整个试验周期内试验样品的安全。根据以上几项原则，首先要求装置在发射过程中不能意外解锁，一旦在发射过程中意外解锁导致样品台脱离船体，后果不堪设想，因此装置首先要保证锁紧的绝对可靠。以往的航天产品大多采用火工品进行锁紧，但火工品严重威胁航天员安全，因此必须设计一套非火工品的，可便利解锁的高可靠锁紧机构。第二项要求是装置本身不能有任何可能威胁航天员安全的环节，这就对装置的原材料、外观、操作方式、表面状态等提出了一系列要求。第三项要求是解锁环节应满足在着舱外服情况下单手完成操作的要求，操作过程应简便并且不会脱手。在前几艘飞船上也有一些非火工品的锁紧机构，但或者要求徒手操作（如扎带、锁扣等），或者要求双手操作（如舱门开启），在着舱外服状态下，能够单手进行解锁的锁紧装置在国内没有先例。第四项要求是装置应能够有效保护样品。由于样品须暴露在样品台表面并且无遮挡，因此如何防止回收过程中航天员过多地接触样品表面也是装置设计的一项重要课题。
    研究人员对试验样品及其空间试验过程中可能形成的反应产物逐一进行了研究分析，确保不产生威胁航天员健康的任何物质；同时对试验装置及其试验样品的紧固方式采取了一系列措施，并对试验装置及其试验样品所有棱角及棱边均进行圆角化处理，试验装置及其试验样品无突出的尖角、锐边，确保不发生刮拉航天服进而威胁航天员生命安全的故障发生。
    （2）可靠性设计。高可靠性是航天产品区别于民用产品的主要特点，“可靠锁紧，可靠解锁”是试验装置设计的两个根本要求。“可靠锁紧”保证了试验的安全，“可靠解锁”则是试验成功的保障。国内外航天界的一项共识是“越简单，越可靠”，因此使装置简单化，尽量减少机构运动环节是装置设计的基本思路。细致入微的人机功效设计也是确保“可靠解锁”的重要内容，包括操作方式，解锁力设计，把手形状，把手表面状态、操作标识等，每一个环节都要审慎考虑，力求确保成功，避免出错。此外，寿命裕度也是保证高可靠性的重要手段，虽然在轨只须进行一次解锁操作，但为了确保可靠，试验装置在地面测试过程中须进行多次不同环境下的解锁试验，因此要求解锁机构寿命可达到几十次甚至上百次。
固体润滑材料空间试验试验要求在发射及在轨执行飞行任务期间，样品能够可靠地固定于飞船舱外，同时又要求样品回收过程有利于航天员便利操作，为此，光电研究院项目组在我国航天发展过程中尚无可借鉴经验的情况下，经过反复试验验证，创新性地设计并研制了同时具备锁紧及解锁功能的试验装置，通过可靠性验证试验考核表明，其可靠性符合任务要求，可靠度达到0.9965以上 。
    （3）试验样品技术状态确认。鉴于神舟七号飞行任务周期的约束条件，要求试验样品可在较短的试验周期内取得有效的试验结果，要求确定的试验样品在原子氧环境中应有不同程度的反应，以便判别试验的效果。同时要求选取的样品在本项目试验周期内应可明显反映原子氧等环境因素对固体润滑材料的影响效应并具有代表性。为此项目组开展了系统的研究分析工作，筛选确定了3类11种试验样品，涵盖了目前已在空间运动机构中获得成功应用的多种固体润滑材料，地面考核试验结果表明可有效满足本项目研究目标。
    由光电研究院设计制造的神舟七号载人飞船的固体润滑材料的试验装置通过结构自锁和机械锁紧集成的模式保证试验样品台可靠地被固定于飞船舱外，具备在解锁过程中机械锁紧装置被打开后样品台仍可固定于样品台底座的功能；将机械锁紧与解锁机构集为一体，可通过简便的操作过程并通过辅助加力系统将样品台便利回收，保证了样品台及固定于其表面试验样品的回收可靠性。